Li2MgTi3O8系微波介質(zhì)陶瓷的制備及離子置換的研究.pdf

1、尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰鎂鈦(Li2MgTi3O8)系陶瓷材料具有優(yōu)良介電特性、較低燒結(jié)溫度和原料價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì),這將使其在微波通信系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。本文系統(tǒng)地研究了固相制備工藝對(duì)鋰鎂鈦系微波陶瓷介電性能的影響。隨后,采用離子置換方法對(duì)其進(jìn)行改性,以期改善其品質(zhì)因數(shù)。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先,本文采用傳統(tǒng)固相法制備鋰鎂鈦系微波介質(zhì)陶瓷,研究了制備工藝對(duì)鋰鎂鈦系陶瓷微波介電特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),預(yù)燒溫度為900℃時(shí),二次球磨時(shí)間為

2、4h,可獲得化學(xué)活性較高和粒徑分布均勻的Li2MgTi3O8粉體。Li2MgTi3O8系陶瓷在1080℃燒結(jié)4h可獲得較好微波介電特性:εr=26.9,Q×?=43,200GHz,τf=-1.72ppm/℃。
　　在此基礎(chǔ)上,通過(guò)A位、B位離子置換對(duì)鋰鎂鈦系微波介質(zhì)陶瓷進(jìn)行了改性研究,以期改善其微波介電特性。研究表明:不同半徑的離子Mn2+、Ni2+、Co2+取代A位Mg2+使Li2MgTi3O8陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。對(duì)

3、比三種離子的改性結(jié)果發(fā)現(xiàn),他們對(duì)鋰鎂鈦系陶瓷的介電性能的影響各不相同。Mn2+離子摻雜有利于鋰鎂鈦系陶瓷的Q×f改善。適量的Ni2+、Co2+離子摻雜可將鋰鎂鈦系陶瓷的介電常數(shù)分別提高至28.1和28.3。
　　其次,研究了不同半徑離子Sn4+、Mn4+離子置換B位Ti4+對(duì)鋰鎂鈦系陶瓷結(jié)構(gòu)特性和介電特性的影響。研究表明:B位Sn4+在改性研究范圍內(nèi),陶瓷中只包含單一尖晶石結(jié)構(gòu)的Li2MgTi3O8相。隨著Sn4+離子含量增加,樣

4、品的εr下降至26.1,Q×f上升至52,400GHz,τf下降至-7.7 ppm/℃。此外,還研究了Sn4+過(guò)量置換對(duì)鋰鎂鈦系陶瓷的微觀形貌和介電特性的影響。研究發(fā)現(xiàn):適量的SnO2將會(huì)促進(jìn)鋰鎂鈦系陶瓷的晶粒生長(zhǎng),降低晶界數(shù)量,這將顯著改善陶瓷的Q×?值。在1100℃燒結(jié)4h, Li2Mg(Ti1-xSnx)3O8(x=0.15)陶瓷具有優(yōu)良的微波介電特性:εr=26.0, Q×f=74,700GHz和τf=-5.2ppm/℃。然而,